黑磷制备方法(黑磷制备的研究进展)

制备黑磷用什么比较好？下面我们就来看看吧。首先我们要了解黑磷的特性。黑磷是一种无机化合物，在室温下为液体，在高温下为固体。其熔点约为150，在一定条件下可以燃烧，因此黑磷是一种易燃材料。黑磷燃烧时会产生大量热量，能点燃周围的可燃物，引起火灾。黑磷燃烧时会释放大量有毒烟雾，对人体有害。因此，我们必须严格控制生产过程中黑磷的使用量。否则，一旦发生火灾，后果不堪设想。

1：用什么来制备黑磷***最快

白磷：

将磷酸钙、石英砂（SiO2）和碳粉的混合物在电弧炉中熔炼和还原：

2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C=1373——1713k=6CaSiO3+P4+10CO

产生的磷蒸气P4在水面下冷却，得到凝固的白色固体——白磷。

该反应的本质是碳将高氧化态的磷还原为元素磷。磷酸钙的简单碳还原反应需要非常高的温度。添加石英砂可以大大降低反应温度。

赤磷：

当白磷与空气隔离并加热到533K时，它转变为无定形红磷。它是一种深红色粉末，不溶于水、碱和CS2。基本无毒，化学性质比较稳定。虽然能与多种氧化剂发生反应，但不如白磷剧烈，在空气中不会自燃。只有加热到673K以上时才会着火。如果长时间与空气接触，会极其缓慢地氧化，形成易吸水的氧化物。因此，红磷在未密封的容器中储存时会逐渐潮解。使用前应仔细清洗、过滤并用水干燥。

黑磷：

黑磷是磷最稳定的变体，但由于形成它需要很高的活化能，其他变体在正常条件下不容易转化为黑磷。只有在1200MPa的压力下（12000atm，将白磷加热到473K才能将其转化为具有类石墨结构的黑磷）。黑磷可以导电。在磷的三种主要同素异形体中，黑磷密度较高（2.7克/立方厘米），不溶于有机溶剂，一般不易发生化学反应。

2：如何制备黑磷

二维材料提供了在原子尺度上开发半导体应用的机会，从而打破了对硅技术的依赖。黑磷（BP）作为一种具有可控带隙和高载流子迁移率的层状半导体，是原子厚晶体管器件最有前途的候选材料之一。然而，大规模生长技术的缺乏极大地阻碍了其在器件上的发展。

在这里，中国科学技术大学的陈贤辉和香港理工大学的郝建华等研究人员报道了利用脉冲激光沉积在厘米级生长超薄BP。相关论文发表在《NatureMaterials》上，题为“Large-scaleGrowthofFew-layer二维黑磷”。

论文链接：

黑磷(BP)是一种重新发现的二维(2D)半导体，具有出色的载流子迁移率和单层0.3eV至约2ev的宽可调带隙(Eg)，包括传统半导体Eg值的大小晶体管器件（例如，Eg、Si~1.12eV和Eg、GaAs~1.44eV）。此外，BP还表现出多种独特的特性，对于从纳米电子学、纳米光子学到量子器件和超导体等应用都很有价值。这些特性使BP成为二维应用的理想候选者，最终突破二维材料在信息产业的发展壁垒，为二维材料在信息产业的应用奠定基础。

自BP被发现以来，多层BP薄膜的可控大规模生长一直是一个长期存在的重大问题。与其良好的应用前景相反，解决方案的缺乏极大地阻碍了其进一步的研究和实际应用。迄今为止，自上而下剥离的BP薄膜尺寸有限，形状不规则，并且基于红磷***的各向同性变性，无法获得原子厚度的高质量薄膜。近年来，化学气相沉积（CVD）使自下而上合成BP成为可能，但仅获得了少量横向尺寸为数十微米的薄片。这可能是由于BP中磷原子独特的sp3杂化，使得BP的表面能高于衬底的表面能，阻碍了BP的横向层生长。此外，BP相的构建需要极高的压力条件，而这在气相沉积中很难实现***。

在此，研究人员报告了一种可控脉冲激光沉积(PLD)策略，可在厘米级合成高质量的多层BP。结合分子动力学（MD）模拟，研究人员表明，与传统的热辅助蒸发不同，脉冲激光的使用可以促进物理蒸气中大BP团簇的形成，从而降低BP相的生成能量，并允许多个BP层数要大。规模增长。除了展示所获得的BP在大范围内的晶体学均匀性外，研究人员还通过基于BP薄膜制造厘米级场效应晶体管（FET）阵列取得了进展，这些薄膜具有吸引人的电性能，不仅可以与以前的薄膜竞争。与报道的微米级BP相当，并且整个薄膜高度均匀，这为信息产业中基于BP的半导体集成电路奠定了基础。

在超高真空室中，研究人员以大块单晶BP为源，以新剥离表面的云母片为基底，实现了厘米级BP的生长（图1a）。与***云母相比，在生长的BP薄膜中可以观察到不同的反射颜色（图1b），并且云母片的1-cm2表面具有均匀的光泽，这对于后续大规模器件阵列的制作是有利的。潜力巨大。

图1厘米级BP薄膜的生长。

图2小层BP薄膜的大面积研究。

图3多层BP薄膜的原子特性。

图4厘米级BP层的电学特性。

图5在纳米尺度上扩展金属合金空间的策略。

综上所述，研究人员提出了一种可控且快速的PLD工艺，可以直接合成厘米级高结晶度和均匀性的多层BP。结合MD模拟，了解了BP层形成的生长机制。研究人员对所制备的大面积BP薄膜的晶相、晶体质量、层状结构和能带进行了研究。在成功生长大面积BP薄膜后，我们进一步制备了多层BP场效应晶体管。研究人员的大规模BP器件阵列在载流子迁移率和电流开关比方面表现出有吸引力的电学特性。

因此，在这项工作中，研究人员成功演示了多层BP的大面积生长，横向尺寸从之前报道的几十微米大幅增加到厘米尺度。值得注意的是，PLD具有促进器件制造的有吸引力的特性，包括良好的厚度可控性、化学计量生长、高生长速率以及通过简单地旋转多个靶材而不破坏真空而与多层异质结构生产的高兼容性。

与其他尺寸较小的BP薄片相比，研究人员的工作为进一步开发基于BP的芯片级电子和光电器件，特别是可扩展的集成器件阵列和信息系统开辟了新的可能性。方向。（文：水生）